Колесные пары

Колесные пары находятся в непосредственном взаимодействии с рельсовым путем и жестко воспринимают удары от него из-за неровностей в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Особенно велико это воздействие при высоких скоростях движения, при проходе рельсовых стыков и кривых.

Конструкция колесных пар тепловозов в основном определяется способом передачи вращающего момента от тяговых электродвигателей к оси колесной пары. При опорно-осевом подвешивании тяговых электродвигателей (тепловозы ТЭЗ, 2ТЭЮЛ, 2ТЭ10М(В), 2ТЭ116, ТЭМ2 и др.) детали колесных пар в основном унифицированы. Унифицированная колесная пара состоит из оси и двух колесных центров (литых или штампованных) с надетыми на них бандажами. Бандажи удерживаются на центрах за счет сил трения между соприкасающимися поверхностями; для дополнительного крепления в пазы бандажей заведены бандажные кольца из специального стального проката. Для передачи вращающего момента от тягового двигателя к колесной паре на ось насажено зубчатое колесо.

Производственное объединение Во-рошиловградтепловоз серийно изготавливает колесные пары для тепловозов 2ТЭ10М(В) и 2ТЭ116, моторно-осевые подшипники которых оборудованы устройством для принудительной подачи масла. В отличие от унифицированной ось такой колесной пары (рис. 197) в средней части имеет невысокий бурт, на котором укрепленразъемный зубчатый венец 8 привода шестеренного масляного насоса 7. На удлиненных подступичных частях колесного центра н зубчатого колеса в горячем состоянии насажены кольца 6, 12 лабиринтного уплотнения мотор-но-осевых подшипников 10. На проточку ступицы насажено кольцо 14 для уплотнения кожуха редуктора. Моторно-осевые подшипники выполнены со сложной конфигурацией буртов, которые в сочетании с кольцами образуют лабиринтное уплотнение. Принято решение для упрощения изготовления подшипников бурты их выполнять отдельно от цилиндрической части, т. е. делать их приставными. При движении тепловоза зубчатый венец оси приводит во вращение шестерню масляного насоса, подающего масло из нижней камеры крышки 3 мотор-но-осевых подшипников к верхним смазочным камерам 2. Масло к шейкам оси подается при помощи фитильной набивки 1 из шерстяной пряжи. Для уменьшения утечек завод искусственно понизил уровень масла в верхних масляных камерах и взамен фитильной набивки применил польстер. Принудительная подача масла к мо-торно-осевым подшипникам обеспечивает высокую их надежность.

Колесные пары тепловозов с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей (тепловозы ТЭП60, ТЭП70) отличаются от унифицированных колесных пар отсутствием жестко посаженного на ось зубчатого колеса. Зубчатое колесо у этих колесных пар укреплено либо на полом валу (тепловозы ТЭП60, ТЭП70 первых выпусков), охватывающем ось колесной пары, либо вращается в подшипниках на Рис. 197. Колесная пара с приводом для принудительной смазки моторио-осевых подшипников:

58. Колесные пары

( - фитильная набивка или польстер; 2 - верхняя смазочная камера; 3 - нижняя масляная камера; 4 - бандаж; 5 - колесный центр; 6, 12, 16 -■ лабиринтные кольца; 7 ■ шестеренный масляный насос; 8 - зубчатый венец; 9 - ось; 10 - вкладыши моторно-осевого подшипника; 11 - тяговый электродвигатель; 13 - зубчатый венец; 14 - эластичный элемент; 15 - боковой фланец; 17 - ролик; 18 - ступица; 19 - упорный элементцапфе кронштейна, прикрепляемого к двигателю. Устройство колесной пары тепловозов ТЭП70 первых выпусков можно уяснить из рис. 180. В прямых дисках колесных центров имеются по два прилива с отверстиями, в которые запрессованы пальцы тягового привода, а также по два отверстия для прохода цапф е фланца 21 полого вала. К одному из фланцев полого вала прикреплен на болтах зубчатый венец 4.

Устройство колесной пары тепловоза ТЭП70 последних выпусков представлено на рис. 198. На ось 1 насажены колесные центры 2, из которых один (левый) имеет выгнутый наружудиск для размещения муфты привода, а второй (правый) - прямой с четырьмя пальцами 16, запрессованными в приливы центра.

Оси колесных пар изготовлены из осевых заготовок, получаемых из слитков мартеновской стали марки Ос.Л. При механической обработке для снижения концентрации напряжений переход от одного сечения к другому выполнен плавным, по возможности большим радиусом и с наименьшей шероховатостью поверхности. Цилиндрические поверхности оси и их галтели упрочняют накаткой стальными закаленными роликами с усилием на ролик 30-40 кН. После накатки шейки осей шлифуют для посадки внутренних колец роликовых подшипников.

58. Колесные пары

При опорно-рамном подвешивании двигателей ось в средней части менее нагружена, чем при опорно-осевом, поэтому ее диаметр в этой части несколько уменьшен и для облегчения она выполнена со сквозными отверстиями. Внутреннее отверстие не вызывает заметного ослабления оси, так как оно расположено по нейтральным волокнам металла, зато масса оси значительно снижается. В торцах осей с обеих сторон расточены отверстия диаметром 80 мм для запрессовки в них втулок с квадратным отверстием для хвостовика привода скоростемера. Наличие таких втулок во всех осях делает их взаимозаменяемыми.

Концентрично центровым отверстиям на торцах оси делают контрольные окружности. По этим окружностям при ремонте колесных пар проверяют и восстанавливают концентричность поверхности шеек и других частей оси. Для обеспечения посадки колесных центров наружные концы подступич-ных частей обтачивают на конус на длине 7-10 мм с разностью диаметров до 1 мм.

На поясок, примыкающий к торц\ оси, у унифицированной колесной па ры наносятся знаки и клейма, содержащие номер завода-изготовителя, дату изготовления (год и месяц), номер плавок и порядковый номер оси, а также приемочные клейма ОТК. завода-изготовителя и приемщика МПС. У тепловозов ТЭП60 и ТЭП70, у которых рамное усилие воспринимается не торцом оси, а шариковым подшипником, насаженным на ее концы, маркировка наносится непосредственно на торец оси. Торец оси, на котором нанесены клейма, считается правым. Окончательно обработанные оси проверяют ультразвуковым дефектоскопом для выявления скрытых дефектов и микротрещин.

Колесные центры. Центры могут быть литыми или катаными. Катаные центры легче литых на 42 кг. Изготовляют колесные центры из стали повышенного качества 25ЛП1. В средней части на внутренней поверхности ступицы колесного центра делается проточка, соединенная каналом с наружной поверхностью ступицы. Проточка служит для гидравлического ослабления натяга между колесом и осью при демонтаже колесной пары. Обработанные колесные центры балансируют статически; допустимый дисбаланс не более 125 Н-см.

Бандажи колесных пар тепловозов изготавливают из раскисленной мар теновской стали с содержанием углерода не выше 0,65%- Высокий предел прочности (ав = 850-г-950 Н/мм2) достигается за счет термической обработки. Для предотвращения хрупкого разрушения пластические характеристики (относительное удлинение и поперечное сужение) также должны быть достаточно высоки. Выточка для бандажного кольца и профиль упорного бурта должны иметь скругления и контролироваться шаблонами. Наличие острых углов в пазах и буртах неизбежно приводит к развитию трещин в этих местах. Эти трещины невозможно обнаружить ранее выхода,их на поверхность и поэтому они очень опасны, так как из-за них может произойти излом бандажа при движении тепловоза. Не менее опасен и увеличенный свыше нормы (1 -1,5 мм на 1 м диаметра) натяг, вызывающий повышенные напряжения в бандаже. Обточка бандажей производится после посадки их на колесные центры. Наружной поверхности бандажей придается определенный профиль (рис. 199). Гребень предохраняет колесную пару от схода с рельсов. Конусность поверхности катания (уклон 1 : 20) способствует центрированию колесной пары в рельсовой колее и обеспечивает прохождение кривых участков пути. Конусность внешней части бандажа (уклон 1 : 7) и фаска облегчают прохождение стрелочных переводов. Гребень нового бандажа должен иметь толщину 33 мм и угол наклона 70°.

Многолетняя практика эксплуатации колесных пар показывает, что, как правило, нарастание износа гребней бандажей опережает их прокат, вследствие чего обточку бандажей вынуждены производить из-за недопустимого износа (подреза) гребней, когда еще прокат незначителен (3-4 мм). При этом для восстановления гребня до нормальной толщины 33 мм приходится снимать много металла с поверхности катания бандажа, уменьшая его толщину. В связи с этим особую актуальность приобретают мероприятия по снижению износа гребней колесных пар. Наряду с улучшением динамических качеств экипажей, обеспечивающих прохождение колесных пар Рис. 199. Профили бандажейв кривых с наименьшими усилиями, применением гребнесмазывателей серьезное внимание уделяется разработке новых профилей бандажей, при которых снижается скольжение гребней колес по боковой грани рельсов и тем самым уменьшается их износ. ВНИИЖГом разработан и внедряется новый унифицированный (объединенный) профиль бандажа, одинаковый для локомотивов и вагонов (см. рис. 199, выделен жирной линией), особенность которого заключается в следующем. Средняя часть профиля (поверхность катания) представляет собой поверхность, прикатанную по форме поверхности головки рельса. Она состоит из двух конических поверхностей: одна с уклоном образующей 1 : 100 (со стороны гребня) и другая с уклоном 1 : 20. Кривизна поверхности, сопрягающейся со средней частью и с гребнем, по мере приближения к гребню увеличивается, соответственно увеличивается и ее конич-ность. Эта зона гребня (зона набегания), прилегающая к выкружке, описана радиусом г = 70 мм. Угол наклона гребня составляет 65°. Благодаря такому профилю бандажа при движении в кривой обеспечивается одноточечный контакт его с рельсом в отличие от бандажа со стандартным профилем, у которого обеспечивается двухточечный контакт. При двухточечном контакте происходит непрерывное скольжение гребня бандажа о боковую грань головки рельса, что вызывает их усиленный износ. Применение бандажей с унифицированным профилем позволит снизить износ гребней на 35-50 % в сравнении сизносом гребней бандажей со стандартным профилем.

58. Колесные пары

На наружной грани выбивают знаки и клейма в такой последовательности: номер завода-изготовителя, дата изготовления, марка бандажа, клейма приемки, номер плавки, номер бандажа.

Зубчатые колеса. На тепловозах вращающий момент от тягового двигателя к колесной паре передается односторонним зубчатым редуктором, находящимся на оси между колесами. Для смены зубчатого колеса требуется расформирование колесной пары, поэтому его долговечность должна быть больше или равна долговечности оси, т. е. определяется пробегом тепловоза в 2,5-3 млн. км. В связи с этим к материалу и качеству изготовления зубчатых колес предъявляются высокие требования. Они изготовляются из легированной стали 45ХН, а шестерни двигателей - из высоколегированной стали 20ХНЗА.

Зубчатые колеса тягового редуктора имеют прямые зубья. Зубчатые колеса тяговых редукторов у всех тепловозов выполняют с модулем зацепления, равным 10 мм (модуль зацепления показывает, сколько миллиметров диаметра колеса приходится на один зуб). Применяемые ранее на тепловозах 2ТЭ10Л и ТЭМ2 зубчатые колеса с модулем зацепления, равным 11 мм, имели незначительный срок службы из-за повышенного износа зубьев.

После фрезерования зубья зубчатых колес подвергают поверхностному термическому упрочнению. Основным методом поверхностного упрочнения является закалка токами высокой частоты (т. в. ч.). На заводах применяются два вида закалки зубьев: контурная и секторная. При контурной закалке закаленным оказывается поверхностный слой по всему контуру зуба, за исключением его вершины, а при секторной закаливается только рабочая поверхность зуба, а впадина между зубьями упрочняется накаткой роликом. Толщина закаленного слоя в обоих случаях составляет 2-3 мм, а твердость рабочих поверхностей НИС 50-58. Веду щие шестерни подвергаются газовой цементации с последующей закалкой и низким отпуском. Твердость поверхностного слоя при этом составляет НРХ 58-63. Поверхностное упрочнение зубьев значительно повышает их износостойкость. Термическая обработка зубьев вызывает температурные деформации, снижающие точность геометрических параметров. Поэтому для обеспечения требуемой точности изготовления после термообработки производят шлифование зубьев, для чего при нарезании их оставляют припуск на обработку 0,2-0,3 мм. Чтобы исключить появление у корня зуба прижогов и шлифовочных трещин, впадину зубьев и переходные поверхности не шлифуют. Для получения плавного бесступенчатого перехода от шлифованной рабочей поверхности к впадине в процессе нарезания зубьев их выполняют с так называемым поднутрением, или протуберанцем.

Д пругое самоустанавливающееся зубчатое колесо. Одним из серьезных конструктивных мероприятий, направленных на увеличение срока службы зубчатых колес, является применение в них резинометаллических упругих элементов. Все грузовые тепловозы оборудуются упругими самоустанавливающимися зубчатыми колесами (УСЗК). Необходимость этого мероприятия вызвана тем, что при кон--сольной передаче тягового момента, имеющей место на тепловозах, между сопряженными зубьями колеса и шестерни возникает перекос, приводящий к большим концентрациям нагрузок на концах зубьев. Кроме этого, непосредственное взаимодействие колесной пары с рельсовым путем связано с ударами и инерционными усилиями, передающимися тяговому приводу. Применение УСЗК дает возможность более равномерно распределить усилие, действующее на зуб, по всей его длине и снизить динамические нагрузки в приводе.

Венец 13 УСЗК (см. рис. 197) относительно ступицы центрируется роликами 17. Наличие восьми тройных эластичных элементов 14, в которых две крайние резиновые втулки работа ют последовательно со средней, дает значительный угол закручивания веи-ца при допустимых значениях относительной деформации резиновых втулок. Упорные упругие элементы 19 ограничивают максимальные деформации тройных эластичных в момент трогания или боксования локомотива.

Тройной резинометаллический блок состоит из двух одинаковых крайних и одной средней резиновых втулок, запрессованных в кольцевое пространство между металлическими втулками и общим внутренним валиком. Толщина резиновых втулок в запрессованном состоянии 13 мм. Для создания натяга в 27 % толщина втулок в свободном состоянии равна 18 мм. Упорные рези-нометаллические блоки имеют по концам резиновые втулки толщиной 8 мм в запрессованном состоянии (в свободном 11 мм). Средняя часть валика упорного элемента закалена. Ее диаметр на 8 мм меньше диаметра отверстия в зубчатом венце. Тройные и двойные элементы, установленные в соос-ные отверстия венца и боковых фланцев, чередуются между собой.

При ггередаче вращающего момента от шестерни тягового двигателя колесной паре нагрузка на зуб колеса, действующая в тангенциальном направлении, передается венцом тройным резинометаллический блокам (на их средние резиновые втулки). Средние резиновые втулки, деформируясь, передают нагрузку на внутренние валики, которые, в свою очередь, концами воздействуют на крайние резиновые втулки, деформируют их и через наружные металлические втулки передают усилие на боковые фланцы. Эти усилия от восьми эластичных элементов образуют вращающий момент, передаваемый ступице зубчатого колеса и далее колесной парс. Зубчатый венец, поворачиваясь за счет деформации резиновых втулок блоков, упирается поверхностями своих отверстий в средние части упорных блоков (после выбора радиального зазора 4 мм). Дальнейшая деформация упругих элементов происходит совместно. Необходимость установки упругих элементов двух типов вызвана тем, что в момент трогания и разгона требуется оградить резиновые элементы от больших деформаций. С ростом скорости тепловоза сила тяги уменьшается, ио значительно возрастают динамические нагрузки. Поэтому в данном случае зубчатый венец должен иметь малую жесткость в тангенциальном направлении. Благодаря снижению тяговой нагрузки упорные элементы выключаются из работы, а колебания венца под динамическими нагрузками происходят в радиальном зазоре между венцом и упорными элементами Формирование колесных пар. Приформировании колесных пар применяют холодный и горячий способы соединения деталей. При холодном способе колесный центр напрессовывается на ось гидравлическим прессом с записью диаграммы усилия на протяжении процесса запрессовки. Перед запрессовкой сопрягаемые поверхности деталей протирают насухо, а затем смазывают ^туральной олифой. Натяг, обеспечивающий нормальное усилие запрессовки, должен быть от 0,2 до 0,26 мм Индикаторная диаграмма запрессовкI считается удовлетворительной, если она имеет вид плавно нарастающей кривой, несколько выпуклой вверх.

Тепловой способ применяется преимущественно для посадки зубчатого колеса на ось и бандажей на колесные центры. На некоторых заводах этим способом формируется вся колесная пара.

При тепловом способе посадки колесного центра на ось натяг между центром и осью должен составлять 0,16-0,22 мм. Для защиты сопрягаемых поверхностей от коррозионных повреждений их перед посадкой покрывают клеем ВДУ-3 с предварительной полимеризацией (подсушкой) в течение 30 мин при температуре 160- 180°С. Ступицу центра нагревают до температуры 250-280°С током промышленной частоты с напряжением 380/220 В. При нагреве диаметр ступицы увеличивается на 0,5-0,6 мм. что позволяет произвести посадку центра на ось. После полного остывания проверяют прочность посадки колесного центра на ось путем трехкратного нагружения прессом на центр силой (1500 ± 50) кН с выдержкой 10 мин и записью диаграммы усилия.

Зубчатое колесо нагревается до температуры 170-200 °С. Упругое зубчатое колесо нагревают не выше 170°С для предотвращения разрушения резиновых элементов. Контроль температуры осуществляется термопарами. Для защиты от коррозии сопрягаемые поверхности также покрываются клеем ВДУ-3 или ГЭН150(В ;. Посадку лабиринтного кольца и внутренних колеи роликовых подшипнн ков букс на шейки оси производят тепловым способом с предварительным нагревом колец в масле до температуры 100-120 °С.

У тепловозов ТЭП60 и ТЭП70 фланцы привода насаживают на полый вал после нагрева до температуры 120- 150°С. Каждый привод фиксируется на валу четырьмя штифтами. Для более надежного соединения приводов с валом их обваривают по наружным концам. Установка пальцев привода в цапфы полого вала и в колесный центр осуществляется путем охлаждения пальцев в жидком азоте. При этом должен быть обеспечен натяг 0,09-0,12 мм. Прочность посадки пальцев проверяют трехкратным усилием пресса в 300-380 кН. Зубчатый венец закрепляется на фланце полого вала также тепловым способом с нагревом его до 200°С и дополнительно укрепляется призонными болтами.

Перед посадкой бандажей на колесные центры их предварительно де-фектоскопируют и подбирают по твердости. Разность твердостей двух бандажей не должна превышать НВ 20. Бандаж нагревают в специальном индукционном горне до температуры 250-320"С, после чего обвод центра заводят в нагретый бандаж до упора в бурт. В наклонном вырезе бандажа устанавливают укрепляющее кольцо с таким расчетом, чтобы концы его были плотно пригнаны друг к другу. Заключительной операцией насадки бандажа на колесный центр является обжатие заведенного в паз кольца на специальном станке при помощи обжимного ролика. Обжатие кольца можно выполнять с помощью специальной обжимки пневматическим молотом. Посадка бандажей считается удовлетворительной, если после естественного остывания при остукива-нии бандажа молотком по кругу катания будет издаваться чистый металлический звук.

После насадки бандажей на их наружных боковых поверхностях выбивают на длине 25 мм четыре-пять кернов глубиной 1 -1,5 мм, причем последний керн должен располагаться не ближе 10 мм от кромки упорного бур та. На поверхности обода центра напротив кернов наносится риска тупым зубилом. По этим меткам в эксплуатации ведется контроль за возможным сдвигом бандажа. После окраски бандажей по этим кернам и риске наносится красной или белой краской полоса шириной 25 мм.

Формирование колесной пары тепловым способом имеет целый ряд преимуществ перед прессовым (холодным) способом. При тепловом способе можно нанести антикоррозионное покрытие на сопрягаемые поверхности, повысить прочность соединения оси с колесными центрами при уменьшенных натягах, уменьшить технологический брак и трудоемкость формирования.

⇐ | Рессорное подвешивание | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Буксы | ⇒